Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Vztah struktury a funkce nukleových kyselin. Replikace, transkripce

Transkript

1 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Vztah struktury a funkce nukleových kyselin. Replikace, transkripce

2 Nukleová kyselina gen základní jednotka informace v živých systémech, segment DNA kódující informaci potřebnou pro produkci funkčního biologického produktu (většinou proteinu) Reverse transcription

3 DNA vs. RNA DNA uložení a přenos biologické informace, nutné pro syntézu funkčního produktu (proteinu či RNA) RNA širší spektrum uplatnění rrna součást ribosomu mrna přenos informace z jednoho či více genů do ribosomu trna adaptorové molekuly pro přenos informace z mrna do sekvence AK

4 3 složky Nukleotidy dusík obsahující báze (purin či pyrimidin) pentosa fosfát

5 Názvosloví

6 Minoritní báze v DNA a RNA Neobvyklé či modifikované báze mívají regulační či ochrannou funkci. DNA: methylované formy obvyklých bází RNA: hlavně v trna Buňky mohou obsahovat nukleotidy s fosfátem v jiné pozici než C 5 Př: ribonukleosid 2,3 cyklický monofosfát adenosin 3,5 cyklický monofosfát (camp) guanosin 3,5 cyklický monofosfát (cgmp)

7

8 Fosfodiesterová vazba. Vyskytuje se mezi následnými nukleotidy v NK. Stejná u DNA i RNA. 5 - fosfátová skupina jednoho nukleotidu se váže ke 3 hydroxylové skupině dalšího nukleotidu. Konvence: struktura jednoho řetězce NK je psána s 5 koncem vlevo a 3 koncem vpravo. Vzniká tak páteř DNA, tvořená fosfátovými a pentosovými zbytky dusíkaté báze jsou napojeny jako postranní řetězce. Fosfátová skupina je negativně nabitá

9 Model struktury naznačuje mechanismus předávání genetické informace. DNA je dihelix (sekundární struktura) Hydrofilní kostra je orientována ven, báze jsou uvnitř dihelixu. Řetězce jsou navzájem antiparalelní Ve struktuře je patrný velký a malý žlábek. Formy DNA B-forma: pravotočivá 10 bází / otočka A-forma: pravotočivá 11 bází / otočka Z-forma: levotočivá 12 bází / otočka Pouze 1 žlábek

10 Zvláštní sekvence DNA Palindromní sekvence: sled znaků, které se čtou stejně zleva doprava jako zprava doleva tedy úsek dvoujšroubovice, jehož pořadí bází je v obou vláknech totožné, ale při protisměrném čtení. Obvykle cílové sekvence pro restrikční endonukleasy. Zrcadlová sekvence sama se sebou vlásenku netvoří. Mohou tvořit vlásenky a křížové formy (jsou samy k sobě komplementární). Mnoho proteinů vážících se na DNA rozeznává palindromní sekvence.

11 Geny a chromosomy Genom úplná genetická informace organismu soubor všech chromosomálních genů daného organismu. Gen úsek molekuly DNA obsahující informaci pro synthesu funkčního biologického produktu (polypeptidu či RNA se strukturní či katalytickou funkcí). Chromosom útvar tvořený DNA a basickými proteiny (histony), obsahující základní genetický materiál buňky. Biologický druh obsahuje pro něj typickou sadu chromosomů. Lidská somatická buňka obsahuje 46 chromosomů. Centromera sekvence DNA zajišťující během buněčného dělení vazbu proteinů, které váží chromosom k mitotickému vřeténku nezbytné pro dělení chromosomálních setů do dceřínných buněk. Telomera úseky na koncích eukaryotních chromosomů, napomáhají její stabilizaci obsahují repetitivní sekvence. Neprobíhá u nich obyčejná replikace, tyto sekvence přidává telomerasa.

12 Struktura chromosomu Chromatin Sestává z vláken obsahujících protein a DNA. DNA je zde těsně asociována s proteiny (histony), které balí DNA a uspořádávájí ji do strukturních jednotek = nukleosomů. Histony malé basické proteiny (velký podíl Arg a Lys) eukaryotní organismy obsahují 5 tříd histonů. Ovinutí DNA kolem histonů zkracuje molekulu DNA cca 7x. Celkové zkrácení v chromosomu je ovšem asi x.

13 Replikace kopírování semikonzervativní DNA polymerasa prokaryota jeden počátek replikace eukaryota více počátků na jednom chromozomu

14

15

16 Mechanismus replikace protein DnaA se naváže na počátek replikace (ori) helikasa se naváže před místo pro tvorby replikační vidličky a začne tvořit jednořetězcové DNA na jednořetězcové DNA se váže protein SSB, brání opětovné asociaci vazba primasy, syntesa RNA primerů vazba dimeru DNA polymerasy III k počátku replikace, extenze RNA primerů kontinuální prodlužování vedoucího řetězce, tvorba Okazakiho fragmentů na opožďujícím se řetězci, DNA polym III nahrazení RNA primerů DNA pomocí DNA polymerasy I na opožďujícím se řetězci spojení Okazakiho fragmentů DNA ligasou terminace na specifických sekvencích, vazba Tus proteinu, inhibuje helikasu a tím zastaví postup vidlice. postreplikační úpravy methylace

17

18

19 Transkripce syntesa RNA prokaryota enzym DNA-dependentní RNA polymerasa transkripční jednotka operon (řízeno promotorem a operátorem) promotory jsou si podobné, afinita k RNA polymerase RNA polymerasa holoenzym tvořen podjednotkami - stabilita komplexu - vazba ribonukleotidů na polymerasu - vazba k DNA - vazba k promotoru rozdíly u eukaryot není organizace genů v operonech 3 RNA polymerázy, specifické I pre-rrna II- pre-mrna, malé rrna III pre-trna, malé rrna regulace transkripce není přes operátor ale enhancerové a silencerové sekvence před vlastní přepisovanou oblastí mnohem komplikovanější oddělení transkripce a translace

20 Transkripce Iniciace vazba podjednotky na komplex αββ vazba holoenzymu na oblast nad promotorem posun polymerasy na promotor, rozpoznání sekvence, rozvolnění DNA řetězců vazba ATP na holoenzym syntéza řetězce RNA (po spojení prvních asi 4 nukleotidů odpadne podjednotka) Elongace postup polymerasy podél řetězce, syntesa RNA

21 Transkripce terminace nezávislá na faktoru po rozpoznání terminační sekvence tvorba vlásenky, polymerasa se zastaví a komplex se rozpadne na DNA, RNA a polymerasu závislá na faktoru faktor se váže na RNA, postupuje směrem k polymerase, když se polymerasa na terminátoru zastaví, dojde ke kontaktu, uvolní se RNA a následně i polymerasa, spotřeba ATP posttranskripční modifikace u eukaryot tvorba čepičky na 5 konci ochrana před hydrolysou polyadenylace na 3 konci ochrana před hydrolysou a pro transfer do cytoplasmy sestřih vystříhání intronů z hnrna, dva mechanismy s využitím proteinů rozpoznají specifické sekvence, vytvoří smyčku a vystříhnou nežádoucí část samosestřih RNA s katalytickou aktivitou, nepotřebuje proteiny

22

23 DNA (kódující řetězec): ATG CAT AAA AGG TCC TAA mrna: AUG CAU AAA AGG UCC UAA antikodon: UAC GUA UUU UCC AGG AUU protein: Met His Lys Arg Ser